高速公路改擴建工程的舊瀝青路面綜合利用方案研究

寇冠宇

(華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 引 言

截止2021年底，我國高速公路通車?yán)锍桃呀?jīng)達到16.91萬km，位居世界首位[1]。與此同時，早期修建的一些代表性高速公路由于通行能力下降，陸續(xù)開展了改擴建工作，如沈大高速公路、滬寧高速公路、佛開高速公路、京石高速公路[2]、濟青高速公路[3]、柳南高速公路等，由原路面的雙向四車道拓寬為雙向八車道，道路的服務(wù)年限和使用壽命得到了很大程度的改善，取得了良好的社會效益[4]。

在改擴建工程中，舊路面的綜合利用十分關(guān)鍵，如何根據(jù)工程的實際情況選擇合理的舊路利用方案，是每一位設(shè)計人員必須要面對的一大難題[5]。特別是，舊路面在改擴建后的車道分配、新舊路面拼寬方式等[6-7]，都制約著整個設(shè)計方案的編制。為了制定合理的高速公路改擴建工程的舊瀝青路面綜合利用方案，依托滬陜高速公路的改擴建工程，從分車道設(shè)計、混合交通設(shè)計、路基拼寬方式等角度，探討不同因素下舊路的利用情況，以獲得適合該公路的舊瀝青路面綜合利用方案。

2 不同設(shè)計方案對舊路綜合利用的影響

該高速公路改擴建之后由原雙向四車道拓寬為雙向八車道，行車斷面會發(fā)生較大變化，如何進行舊路的綜合利用，需要結(jié)合建成后的車道分配設(shè)計方案來擬定。

2.1 分車道設(shè)計方案的影響

通過資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高速公路四改八之后國內(nèi)外常用的車道分配方案主要有4種，見圖1，各個方案的基本特點和優(yōu)缺點敘述如下。

車道分配方案1：主要以首都機場路、廣佛高速公路為代表，該方案左起第1條車道為超車道，其他3個車道均為行車道。該方案中，大型車由于行駛速度繳納，要靠右行駛，一般車輛則在左側(cè)3個車道內(nèi)任意選擇車道行駛。這一方式在實際應(yīng)用期間的優(yōu)點：能夠高效利用車道，駕駛員在駕駛車輛時具有較高自由度，符合多車道特點，方便車輛通行，為人們提供了一個良好交通環(huán)境。缺點：如果車道內(nèi)大型車混入率較高，容易導(dǎo)致交通出現(xiàn)堵塞，車輛無法順利通行，而在交通量較大時，交通堵塞現(xiàn)象無法快速解決。此外，車輛互通，車輛變道現(xiàn)象將會增多，行駛車輛之間會相互發(fā)生嚴(yán)重干擾，需要提前預(yù)告出口。

車道分配方案2：由左側(cè)向右側(cè)的車道分布以此為小型超車、小型車行、大型車超車、大型車行車車道。對于車道上行駛的小車、大車，在具體區(qū)分時主要依據(jù)車輛行駛速度和大小，以此在不同車道上完成對車輛行駛最小速度和最短速度的設(shè)置，對車輛行駛速度進行約束，避免由于車輛行駛速度過快而引發(fā)交通事故，或者車輛行駛速度夠慢，而造成交通擁堵等各種不良現(xiàn)象。方案優(yōu)點：避免大型車混入到交通流中，對交通環(huán)境造成不良影響，在交通量較大情況下，能夠形成一個相對穩(wěn)定車輛，保證車輛順利行駛。缺點：對整個車道的具體分布情況，大型車道布置在右側(cè)，小型車道布置在左側(cè)，這一布置情況會導(dǎo)致右側(cè)行駛的車輛會出現(xiàn)超過左側(cè)車道行駛速度情況，這將會使駕駛員在駕駛車輛時出現(xiàn)不適。同時，通過對車道的實際應(yīng)用情況來看，因為小車道右側(cè)相對較為空線，部分駕駛員在駕駛車輛時，可能會右側(cè)超車，這不僅會出現(xiàn)違章現(xiàn)象，而且會提高交通事故發(fā)生幾率。

車道分配方案3：在進行車道布置時，為了使上述兩種方案存在的不足都能夠得到解決，要依據(jù)交通量的具體分布情況，提出了外側(cè)貨運車道、內(nèi)側(cè)客運車道的布置方式，采取這一方式能夠使內(nèi)外車道交通量不平衡現(xiàn)象得到解決，但是貨車道與客車到交通密度情況會存在一定差別。

車道分配方案4：從車道的最左側(cè)入手進行分析，第1車道、第2車道是前方較遠的直達車道，而第3車道、第4車道為前方下一個出口方向車道。方案優(yōu)點：駛出高速公路時，駕駛員不需要多次變換車道，實現(xiàn)起來相對較為容易。缺點：交通量會出現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象，交通量分布會致使最左側(cè)兩個車道處于飽和狀態(tài)，而右側(cè)車道上的車輛則較少，這對于車道的利用率來說十分不合理，同時，混入大量大型車，則會導(dǎo)致車道發(fā)生堵塞現(xiàn)象，這會對交通通行情況造成不良影響，導(dǎo)致交通發(fā)生堵塞問題。

通過對上述4種方案的特點進行分析可以發(fā)現(xiàn)，我國適合采用方案一，但是這一方案存在的問題也需要引起相關(guān)工作人員的重視，避免混入大量大型車，干擾小客車通行。針對這一情況，可以將讓大型車在右側(cè)兩個車道行駛，而小客車可以在4條車道上靈活行駛，確保車道交通量能夠保持平衡，避免出現(xiàn)車輛駛出出口處時出現(xiàn)錯誤。

現(xiàn)階段小客車、小貨車、中貨是交通的主要構(gòu)成車型，達到了約70%，這對這一類型車輛，可以不限制車道，而對于拖掛、大貨等類型的車輛，要對其行駛車道進行限制，讓其在右側(cè)兩個車道行駛。

圖1 國內(nèi)外改擴建工程中常用車道分配方案

2.2 分車道設(shè)計方案與混合交通方案的影響

在問題探討期間，為了明確分車道設(shè)計情況與混合交通對于拼接新建和舊路補強情況造成的具體影響，借鑒京港澳高速石安段的研究方法，就兩種不同交通組織方式下累計當(dāng)量軸次和設(shè)計彎沉值進行對比分析。

從歷史交通量資料調(diào)查結(jié)果來看，預(yù)測基年的客車比例高于貨車，達到了60%以上，其中小客車占全部客車的90%以上，且有逐年上升的趨勢；貨車比例為40%左右，其中特大貨車、大貨車和集裝箱等重型車輛占全部貨車的55%以上，且呈逐年上升趨勢。沿線地區(qū)經(jīng)濟得到快速發(fā)展，客運量不斷增多，這也使沿線行駛大客車、小客車在車輛中的比例不斷升高。對小貨車和大貨車的運輸效率進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，后者效率要遠高于前者，因此，集裝箱、大貨車等運輸效率高的車輛比例會不斷升高，相反中小型貨車在車輛中的比例則會不斷下降。在實際問題分析期間，要依據(jù)項目影響區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展現(xiàn)狀，以及未來一段時間的具體發(fā)展規(guī)劃，依據(jù)現(xiàn)狀運輸通道內(nèi)車型具體比例情況進行探討，該高速公路遠景交通組成中，小客車所占比例將達到57%左右，大貨集裝箱等所占比例將達到17%左右?？紤]到重車在實際行駛期間需要在右側(cè)車道，車道分布系數(shù)取值偏規(guī)范大值，交通量分配和車道系數(shù)的實際取值內(nèi)容。

(1)雙向8車道設(shè)計：單幅路面自中央分隔帶向外第1、第2車道按行駛客車和中小型貨車、混入10%大貨以上車輛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，具體設(shè)計時，為了確保整體設(shè)計合理性，車道分布系數(shù)取η=0.4，為舊路面改建利用車道；第3、第4車道和硬路肩按行駛大型貨車進行設(shè)計(分配90%的大貨、集裝箱、拖掛車等)，車道分布系數(shù)取η=0.4，全部新建路面。

(2)雙向8車道混行交通設(shè)計：單幅路面自中央分隔帶向外第1至第4車道車輛混合通行、不分車道，客車及貨車可在4條車道內(nèi)自主選擇行駛車道。

分車道設(shè)計與混合交通設(shè)計的累計當(dāng)量軸次及設(shè)計彎沉值計算結(jié)果對比見表1所示。通過對表1中數(shù)據(jù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)，因為進行了分車道設(shè)計，減少了內(nèi)側(cè)第1、2條車道累計當(dāng)量軸次，加大了設(shè)計彎沉值、混合交通條件增加量約為35%。因為進行了分道設(shè)計，致使外側(cè)第3、4條車道在投入應(yīng)用后，承擔(dān)了混合交通中大量重車，重車在行駛期間會對道路造成嚴(yán)重破壞，為了使這一問題能夠得到緩解，大型車車道設(shè)計彎沉值與混合交通時相比也勢必會出現(xiàn)一定程度減小，但是這一減小程度有限，數(shù)值不大。通過上述分析不難得出，在實際設(shè)計時，采取分車道，能夠大幅度減少小型車道，這能夠為舊路提高更加廣泛應(yīng)用余地，而通過對分車道設(shè)計，對比分析大型車道與混合交通條件，前者不會顯著增加路面結(jié)構(gòu)厚度，能夠改善道路狀況，為人們提供一個良好交通環(huán)境，促進經(jīng)濟發(fā)展。

表1 分車道設(shè)計方案與混合交通方案的參數(shù)對比

2.3 新舊路基拼寬方式的影響

不同拼寬方式，新舊路面特點也會存在一定差異，具體如下。

(1)兩側(cè)加寬段

采取該方式建設(shè)道路，通車后兩側(cè)都有拼接縫，挖除舊路硬路肩后，外側(cè)新建第3、4車道。

在進行道路兩側(cè)加寬處理時，不受兩側(cè)建筑約束，從兩側(cè)入手，拼接原公路，這是高速公路加寬時采用第一項措施，這一方式在具體應(yīng)用時的優(yōu)點：公路原幾何形式線性不會發(fā)生改變，可以將原中線作為經(jīng)過加寬處理后的中心線；可以充分利用中央分隔帶內(nèi)設(shè)置的通信管道、內(nèi)部排水、防撞護欄等；互通匝道線形不需要進行大規(guī)模調(diào)整，適當(dāng)調(diào)整后可以繼續(xù)應(yīng)用；部分上跨橋梁凈空的整體影響相對較小，施工作業(yè)開展起來較為容易，主線橋拼接容易進行。缺點：路基兩側(cè)原本的排水溝、防護、防撞護欄等各項設(shè)置都必須要拆除，重新建設(shè)；施工期間具有大量臨時工程，會占用大量土地，施工中涉及的預(yù)制場地、便道等都要沿著公路兩側(cè)進行統(tǒng)一布置；開展施工會對公路交通造成嚴(yán)重影響；開展施工涉及拆遷量較大，需要大量經(jīng)濟補償。

對于兩側(cè)分離式加寬段，一般情況下改擴建后不存在拼接縫，第1、2車道為舊路路面加鋪改造后利用車道，第3、4車道為新建路面結(jié)構(gòu)。但有時半幅路面也會出現(xiàn)2+1+2的情況，即在加寬段為了保證行車安全會出現(xiàn)靠近中央分隔帶為3條車道(2+1)、分離式加寬段為2條車道的情況。

(2)單側(cè)加寬段

采取該方式進行改擴建處理后，舊路一側(cè)的4條車道均為舊路路面改造，靠近中央分隔帶的第1、2車道對應(yīng)舊路某半幅的行車道和超車道，遠離中央分隔帶的第3、4車道對應(yīng)舊路另外半幅的行車道和超車道。根據(jù)分車道設(shè)計的原則，第3、4條車道主要通行貨車，由于其他擴建方式中這兩條車道為新建路面結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)層厚度和材料類型很容易滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計驗算要求，但在單側(cè)加寬擴建方式中這兩條車道為舊路路面改造，需要對其進行充分論證后確定相應(yīng)的改造方案。

單側(cè)加寬方式是針對原有公路一側(cè)進行公路拼接，而另一側(cè)則受建筑物約束。這一加快方式在應(yīng)用時的優(yōu)點：可以全面利用現(xiàn)有地形，減少施工時的拆遷量；不進行加寬一側(cè)的排水溝、防護、防撞護欄等結(jié)構(gòu)，在施工開展時，不需要拆除，可以保留；具體施工作業(yè)開展不會對交通環(huán)境造成影響，原公路可以投入應(yīng)用，保證車輛順利通過；新舊路基之間不會發(fā)生嚴(yán)重沉降現(xiàn)象，整體結(jié)構(gòu)經(jīng)過簡單處理便可以繼續(xù)應(yīng)用；施工開展不會存在大量臨時工程，占地面積小，減少拆遷量。缺點：路基中心線由于施工原因會發(fā)生一定程度偏移，因此，平面線必須重新進行擬合；將原中央分隔帶作為行車道，而對于原本設(shè)置在內(nèi)部的通信管道、排水管道、防撞護欄等各項結(jié)構(gòu)都必需將其拆除，而進行新中央分隔帶建設(shè)，要重新建設(shè)這些措施，增加了施工量；無法合理組合新老路幅橫斷面，路拱會出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，而且路面排水情況十分復(fù)雜；上跨橋梁因主線平面線位會朝向一側(cè)發(fā)生顯著偏移，這將會致使橋梁凈空不足，無法滿足應(yīng)用需求，必要將其須拆除，重新建設(shè)。原主線橋梁分兩幅設(shè)置，施工困難，影響舊路交通。

根據(jù)滬陜高速公路的實際情況，路基拼寬推薦的主要方案是以兩側(cè)拼寬方式進行擴建。

3 舊瀝青路面綜合利用方案

通過前述分析可知，根據(jù)研究的某高速公路的實際情況，采取分車道設(shè)計方案能夠充分利用舊路路面，比混合交通組織更加合理，故本研究建議該高速公路改擴建工程車道設(shè)計采取分車道設(shè)計的理念，路基拼寬推薦以兩側(cè)拼寬為主。即：加寬后的8車道采取分車道設(shè)計理念，由中央分隔帶向外第1、第2車道為舊路面改建車道，依據(jù)客車和中小型貨車、混入10%大貨以上車輛進行設(shè)計，車道分布系數(shù)取0.4。新建第3、第4車道新建路面和硬路肩，依據(jù)駛大型貨車設(shè)計(分配90%的大貨、集裝箱、拖掛車等)，車道分布系數(shù)取0.4。